两滴有机汞引发的死亡

王川

一位毒理学专家，在隔着乳胶手套的情况下接触了两滴二甲基汞液体，接下来她的大脑发生了不可思议的变化。

1997年1月20日，美国一家医院的急诊室接收了48岁的凯伦·维特翰女士。病人被送进医院时已经十分萎靡，听觉和视觉存在不同程度障碍，口齿不清，甚至无法正常步行。她说自己这几个月来出现了恶心、腹泻和腹部疼痛。

凯伦女士就职于“常春藤联盟”之一的达特茅斯学院，是一名研究毒理学的化学教授。在对凯伦进行了脊椎穿刺和电子计算机断层扫描后，医生认为凯伦属于汞中毒，并询问凯伦的丈夫，是否有可能是凯伦的仇家下毒。在医生的追问下，凯伦想起几个月前在实验室的一次操作失误。

1996年11月，就在凯伦被送往医院的5个月前，她在实验室操作二甲基汞时，不小心将二甲基汞洒了出来。其中两滴二甲基汞沾上了凯伦的乳胶防护手套。接触毒物后凯伦迅速脱下手套清洁双手，并清洁了所有工具。因为长时间的佩戴，她的手上满是汗水，她不能确定自己手上的液体是汗水还是二甲基汞。但无论怎样，她在最短时间内做了最正确的防护措施。因为接触的毒物剂量微小，并且又佩戴了防护手套，凯伦几乎都要忘掉这件事。其实，那次事故已经对她造成了严重伤害，只是凯伦没意识到后果有多可怕。

20世纪90年代，当时的科学家们只知道汞有毒性，但对二甲基汞的危险却知之甚少。一般来说，只有一些实验室会在核磁共振研究中，用二甲基汞作为分析标准。

在那次事故发生的几周后，凯伦发现自己走路时经常撞墙。她觉得自己可能走了神。接下来她的视力越来越模糊，几次差点在驾驶汽车时出车祸。这让她不敢再驾驶汽车，只能由她丈夫开车送她。种种迹象都没有引起凯伦的警惕，她觉得自己也许是没有休息好。凯伦的身体不断恶化，她的手指经常出现刺痛感，并且一天比一天剧烈。她的双眼有时突然看到莫名其妙的闪光，耳朵持续性地听到类似“白噪声”的背景噪声，双耳听力逐渐下降。她走路的姿态越来越怪异，口齿越来越模糊，双眼的视野也越来越狭窄。

医生对凯伦进行了身体检查，并没有发现异常情况，但是在身体运动测试环节，医生发现凯伦有严重的“上肢末端辨距不良”——她无法将手移动到自己想要的位置。这表明病人的小脑出现问题。在后续测试中，医生又发现凯伦出现步态失调，这也是小脑异常的表现。

从凯伦的这两点异常，再加上她口齿不清和无法正常书写，医生基本可以判断她属于汞中毒。医生对凯伦进行了血液检查后发现，凯伦每升血液中汞含量竟然高达4000微克。普通人每升血液中汞含量一般不超过7.2微克，判断汞中毒的标准是每升血液中含汞50微克以上。凯伦的血汞浓度已经达到汞中毒临界值的80倍！毫无疑问，凯伦被确诊为汞中毒。

为什么会中毒？

医生已经可以肯定折磨凯伦身体和神智的元凶是汞，但整件事存在巨大的疑点。第一，凯伦已经有几个月没有进入过实验室。照理说，那次有机汞暴露事故已经过去了好几个月，凯伦的中毒症状应该逐渐减弱，但事实上，凯伦的神经系统正越来越快地恶化。第二，凯伦体内的毒物可以确定为二甲基汞，可仅仅两滴有机汞洒落在乳胶手套上，怎么可能造成凯伦如此高的血汞水平？

人体的血液量大概占到体重的7%～8%，凯伦的体重约为70千克，血液的密度约为每毫升1.050克，她的血液总体积约为4.5升。以每升血液4000微克汞计算，凯伦血液中汞的总质量为18毫克（1毫克=1000微克），那两滴二甲基汞的质量约为318毫克。那次二甲基汞暴露事故中，两滴二甲基汞只要有5%进入凯伦的血液，就能让凯伦的血汞浓度达到每升4000微克。如此看来，实验室事故造成凯伦高血汞的假设是成立的。

凯伦接触的二甲基汞属于有机物，和我们平时了解的无机汞有很大不同。人体肠道对金属汞的吸收率非常低，平均为7%，但一个正2价汞离子和两个带负电荷的甲基结合，形成的二甲基汞分子则换了个身份，变成了有机物。人体对这种有机毒物的吸收率高达90%。乳胶手套虽然能防丙酮等有机溶剂，却防不了二甲基汞。两滴二甲基汞溅到凯伦的手套上后，迅速穿过了凯伦佩戴的乳胶手套。二甲基汞的密度是水的3.18倍，其密度比水大，因此可以快速通过汗液被皮肤吸收，整个过程只需要几秒钟。当时佩戴乳胶手套的凯伦相当于赤手接触二甲基汞。

汞离子对含硫基團具有强亲和力，两者结合可形成不可逆的复合体。这种复合体会破坏细胞膜结构，影响细胞膜转运各种物质，同时也会干扰酶活性，破坏线粒体，损坏细胞的抗氧化活动。汞如果和神经微管中的硫基结合，将导致构成微管的分子无法连接，造成神经退化。

紧急排汞

医生们能够排出凯伦身体里的汞么？确实有这种可能性。人体新陈代谢可以将有毒物排出体外，这是人体天然的排毒途径。如果医生们能提高二甲基汞的水溶性，让其在尿液中富集，汞就能被排出体外。肝脏是人体分解有毒物质的器官，二甲基汞随着血液流到肝脏，被分解成一个甲基汞阳离子和一个甲基，甲基汞阳离子依然具有亲脂性，依然能够和人体组织结合，所以肝脏无法直接代谢二甲基汞这种毒物。有机汞扰乱人体细胞的氧化还原反应，容易生成过量的过氧化物和自由基，从而损害细胞的蛋白质、脂类和DNA，导致细胞提前死亡。

既然不能通过提高二甲基汞的水溶性达到排汞的目的，只有采用第二套方案：用水溶性分子将汞牢牢包裹住，将包裹体代谢出人体。这个机制叫作螯合反应，“螯”指螃蟹的大钳。这些“大钳”能围住中心金属离子，形成更加稳定的“螯合体”，螯合体的外层具有水溶性，可以溶于水通过尿液被排出体外。不同的中心金属离子，需要用不同形状的螯合剂包裹。

医生针对凯伦的情况，选择了二巯丁二酸作为螯合剂。二巯丁二酸的分子结构刚好可以包裹住有机汞，外层也具有水溶性，这样肾脏就可以排出凯伦体内的有机汞。按照医生开具的处方，凯伦在24小时内服用了三次螯合剂。服用螯合剂后的凯伦，尿液中汞浓度飙升了160倍，看来螯合疗法确实起效了。凯伦又接受了几天螯合剂治疗，但仅仅使用螫合疗法还不足以挽救凯伦。

一周后，凯伦的病情再次恶化。她出现了极严重的认知障碍：凯伦的丈夫试图和她交流，但凯伦好像什么事都没有，只是发愣。医生已经想尽办法降低了凯伦的血汞含量，照理说她的中毒反应应该有所减轻。为什么认知功能反而恶化？血汞降低难道不是好事？原来，虽然凯伦的血汞值降低了，但是藏在凯伦器官里的汞却没有减少。

汞在哪里？

二甲基汞的水溶性很差，血液最主要的成分又是水，这表示二甲基汞在被人体吸收后，只有少量在血液中。二甲基汞分子中的甲基让整个分子具有很好的亲脂性。人体中，脂肪组织恰恰是最容易吸收二甲基汞的结构。被皮肤吸收的二甲基汞，大部分被储存在脂肪细胞和含脂肪较多的组织和器官中。

科学家在冰芯分析的基础上，认为过去100年人类活动大大提高了生物圈的汞量。煤炭中含汞，虽然含量极少，但大量燃烧煤炭依然会让大量的汞分散到生物圈。大量的汞通过降水进入水体后被微生物吸收。微生物将汞转化为甲基汞阳离子，这些微生物往往生活在厌氧环境，例如江河湖海底部潮湿的泥土中。大型肉食鱼和吃鱼为生的动物的汞富集作用最明显。不过你用不着害怕，因为普通生物体内的汞量很低。以三文鱼为例，你需要一次性吃下65吨三文鱼，才能达到4000微克/升血液的血汞水平。退一步说，要达到汞中毒的血汞临界值水平，也需要一次性吃下将近1吨三文鱼。

剧毒的有机汞到底藏在凯伦的哪个器官里呢？首先要排除心脏，心脏的主要构成是肌肉。其次要排除肾脏等不含脂肪细胞的内脏。说到富含脂肪的器官，首先想到的肯定是大脑。人类大脑固态物质中60%是脂质，因此大脑是有机汞最容易积累的器官。大脑汞超标恰恰可以解释发生在凯伦身上的神经衰退现象。

此外，肝、胰、胃和肠道的内部和周围都容易堆积脂肪，这些地方也容易积累二甲基汞。凯伦的血汞水平已经很高，但是考虑到有机汞的亲脂性，她体内含脂肪细胞的器官和组织才是汞含量最高的区域。

除了大脑，凯伦全身的神经系统也没能幸免。神经细胞会向外伸出一条长长的长管，叫作轴突，轴突负责传递神经细胞发出的信号。轴突表面包裹着髓鞘，相当于轴突的绝缘层，同时能提高信号传递速度。髓鞘60%的构成部分是脂质，因此也容易积累有机汞。有机汞与某些蛋白质结合，生成的蛋白质复合体更难被代谢出体内，凯伦大脑和神经细胞中积累的汞不断侵害着她的健康，渐渐剥夺凯伦的步态、反射、感知和语言等功能。

在凯伦被送进医院治疗的三周后，她失去了对声音刺激、视觉刺激和触觉刺激的反应，只能偶尔睁开眼睛。在神经系统正常的情况下，人眼接受强光照射时，瞳孔会收缩，降低落在视网膜上的光强度；反之，在昏暗环境下，瞳孔扩张以增加进光量。这个机制叫作对光反射。对光反射会受到认知功能影响，如果对光反射迟钝，说明认知存在障碍。凯伦的对光反射非常迟钝，说明她的认知功能在一天天丧失。1997年2月，凯伦进入持续植物人状态。她只可以打哈欠，偶尔躁动、尖叫、全身猛然抽搐或挥动肢体。汞严重破坏了凯伦的神经系统，她的身体成了一座监禁心智的囚牢。

凯伦的一些同事们认为，凯伦的中毒可能是因为意外吸入了挥发汞，但这个结论被凯伦头发的分析结果推翻了。凯伦的头发被检测出含有汞，头发每个月生长长度为1～1.5厘米，医生以2毫米为单位，对凯伦头发的不同区域进行汞量检测。

結果显示，凯伦头发里的游离汞含量在凯伦被送往医院前第150天达到极值，刚好和凯伦接触有机汞毒物的时间相符合。每隔75天，汞在人体内含量减少1/2。凯伦被送到医院时，已经经过150天，正好过了两个半衰周期。这表示有机汞暴露事故发生时，当时凯伦的血汞浓度是检测值的4倍，是汞中毒临界值的320倍！

1997年6月8日，凯伦死亡。在凯伦短暂的清醒时间里，她希望尽可能地把自己中毒的消息告诉所有进行汞实验的科学家们，以引起他们的警惕。死后尸检结果显示，凯伦大脑中充满了有机汞，大脑中有机汞浓度为血液有机汞浓度的6倍。

凯伦的死震惊了达特茅斯学院整个化学系，同时也引起了政府监管部门的高度重视。业内人士迅速认识到，仅靠乳胶手套、通风橱和当时的安全操作标准流程不足以让操作人员隔绝危险的二甲基汞。凯伦的同事测试了各种防护手套对二甲基汞的防护性。结果二甲基汞这个小小的极性分子在几秒钟内轻易穿透了大多数手套，其速度之快大大超出科学家们的预测。现在，如果实验室操作需要用到二甲基汞，操作人员必须先佩戴一双高防护性能的层压聚合物手套，外层再佩戴一双丁腈橡胶长手套。

在这种剧毒物被发现后的几十年间，二甲基汞已经造成了数起死亡事件，但因为二甲基汞很少被使用，人们还没有完全了解它的毒性和致命风险。凯伦博士的死亡警醒了实验室，促使许多实验室停止使用二甲基汞，这相当于拯救了许多生命。

小知识：

汞是一种很难通过新陈代谢排出体外的重金属。汞在人体内的生物半衰期平均为75天；在大脑内的汞，其生物半衰期最长可达250天。人体中的汞可以通过尿、粪和毛发排出。毛发中的汞水平与摄入量成正比，所以毛发中的汞含量可以反映体内的汞荷载。

哪些鱼含汞最多？

20世纪60年代，瑞典和芬兰的科学家对从造纸厂和氯碱厂等工厂附近水域捕捉的鱼类进行了汞含量分析，他们惊讶地发现鱼体内汞含量大大超出正常值。造纸业和氯碱业向河流等水体大量排放含汞废水，这些废水不但污染水体，还容易被农作物吸收。汞在硫酸盐还原菌、铁还原菌和产甲烷茵的作用下生成有机物——甲基汞。和金属汞相比，甲基汞的富集效应更强。重金属等有毒物质沿着食物链在生物体内不断递增，这个过程被称为生物富集作用，也被称为生物放大作用。

小型鱼游经含有甲基汞的水域时，甲基汞会被鱼鳃吸收；食用被甲基汞污染的小型动植物也会让甲基汞进入小型鱼体内。更大一些的鱼食用了被污染的小鱼后，也吸收了小鱼体内的甲基汞。而甲基汞极难被代谢，因此食物链顶端的肉食鱼类体内甲基汞浓度最高。这些鱼类包括：金枪鱼、剑鱼、海鲨鱼、鲑鱼、海鲈鱼和淡水鲈鱼等。